DE102015224278A1

DE102015224278A1 - Elektromagnetisches Relais, insbesondere Starterrelais für eine Startvorrichtung

Info

Publication number: DE102015224278A1
Application number: DE102015224278.1A
Authority: DE
Inventors: Juergen Klingel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2017-06-08
Also published as: WO2017093158A1; CN108603480B; CN108603480A

Abstract

Ein elektromagnetisches Relais weist einen zwischen einer Ausgangsposition und einer Einzugsposition verstellbaren Anker auf, der in Einzugsposition eine Kontaktbrücke gegen zwei Gegenkontakte drückt. Ein Gegenkontakt ist an einem Schmelzsicherungselement im Gehäusebauteil gehalten und von einem Federelement in eine Außerkontaktposition kraftbeaufschlagt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Relais, insbesondere ein Starterrelais für eine Startvorrichtung, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
Aus der DE 195 42 142 A1 ist ein elektromagnetisches Starterrelais für eine Startvorrichtung einer Brennkraftmaschine bekannt. Ein Starterritzel wird von dem Starterrelais zwischen einer axial zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition verstellt, in der das Starterritzel in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingreift. Über das Starterrelais wird außerdem der Stromkreis eines elektrischen Startermotors geschlossen, der das in den Zahnkranz eingreifende Starterritzel in Drehung versetzt.
Aus der DE 100 32 888 A1 ist ein Schaltkreisunterbrecher für eine elektrische Komponente in einem Fahrzeug bekannt, wobei der Schaltkreisunterbrecher ein elektrisch leitendes Bauteil zwischen zwei elektrischen Kontakten aufweist, das in einem Gehäuse verstellbar gehalten ist. Ein gespanntes Federelement wird von einem Schmelzsicherungsbauteil gehalten, das bei Überschreiten einer Schmelztemperatur das Federelement freigibt, welches daraufhin das elektrisch leitende Bauteil aus der die Kontakte verbindenden Position herausdrückt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße elektromagnetische Relais wird beispielsweise als Starterrelais für Startvorrichtungen für Brennkraftmaschinen eingesetzt. Das Relais weist einen verstellbaren Anker auf, der durch Bestromen einer Relaiswicklung zwischen einer Ausgangsposition und einer Einzugsposition axial in einem Gehäuse des Relais verstellt wird. Bei Verwendung als Starterrelais verstellt der Anker ein Starterritzel der Startvorrichtung, das in Eingriff mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine gebracht wird.
Mit dem Erreichen der Einzugsposition wird ein elektrischer Stromkreis geschlossen, um beispielsweise bei Verwendung als Starterrelais einen elektrischen Startermotor in Betrieb zu nehmen, über den das Starterritzel angetrieben wird.
Das Schließen des elektrischen Stromkreises in dem elektromagnetischen Relais wird dadurch realisiert, dass der Anker in der Einzugsposition eine Kontaktbrücke gegen zwei Gegenkontakte drückt, die in einem Gehäusebauteil des Relais aufgenommen sind. Bei dem Gehäusebauteil handelt es sich beispielsweise um einen Gehäusedeckel, der auf ein Grundgehäuse des Relais aufsetzbar ist. Die zwei Gegenkontakte liegen in dem zu schließenden Stromkreis und werden in der Einzugsposition des Ankers über die Kontaktbrücke elektrisch miteinander verbunden.
Um eine Schmelzsicherung zu realisieren, bei der mit dem Erreichen bzw. Überschreiten einer Grenztemperatur der Stromkreis unterbrochen wird, ist ein Gegenkontakt an einem Schmelzsicherungselement im Gehäusebauteil gehalten und wird zugleich von einem Federelement in eine Außerkontaktposition kraftbeaufschlagt. Das Schmelzsicherungselement hält den Gegenkontakt in seiner Kontaktposition, das Federelement drückt den Gegenkontakt in die Außerkontaktposition. Sobald das Material des Schmelzsicherungselementes bei Erreichen einer kritischen Temperatur weich wird oder schmilzt, wird der Gegenkontakt durch die Kraft des Federelementes von der Kontakt- in die Außerkontaktposition verstellt, wodurch der Stromkreis geöffnet wird. Die Schmelzsicherung umfasst demzufolge das Schmelzsicherungselement zum Halten des Gegenkontaktes in dem Gehäusebauteil sowie das Federelement zum Beaufschlagen des Gegenkontaktes mit einer Kraft, die bestrebt ist, den Gegenkontakt von der Kontaktposition in die Außerkontaktposition zu verstellen. Diese Ausführung ist konstruktiv einfach aufgebaut und zeichnet sich durch eine zuverlässige Funktionsweise aus. Der Stromfluss durch den Gegenkontakt sorgt zuverlässig im Falle eines Überschreitens eines kritischen Stromwertes für ein Erweichen des Materials des Schmelzsicherungselementes.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist das Schmelzsicherungselement kraftschlüssig am Gehäusebauteil gehalten. Gegenkontakt und Schmelzsicherungselement können einen Klemmverband bilden, der in eine Ausnehmung im Gehäusebauteil eingesetzt ist, wobei die Klemmkraft, erzeugt durch den Kraftschluss zwischen dem Schmelzsicherungselement und dem Gehäusebauteil, größer ist als die Federkraft des Federelementes, das den Gegenkontakt direkt oder indirekt beaufschlagt und in die Außerkontaktposition drückt. Dies gewährleistet, dass der Gegenkontakt im regulären Betriebsmodus bei einer Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur sicher in seiner Kontaktposition im Gehäusebauteil gehalten ist und erst mit dem Erreichen der kritischen Temperatur in die Außerkontaktposition verstellt wird.
Zusätzlich oder alternativ zu einer kraftschlüssigen Halterung des Schmelzsicherungselementes im Gehäusebauteil kann es auch zweckmäßig sein, eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Schmelzsicherungselement und dem Gehäusebauteil vorzusehen, wobei die formschlüssige Verbindung gelöst wird, wenn das Schmelzsicherungselement weich wird oder schmilzt, so dass der Gegenkontakt von dem Federelement in die Außerkontaktposition verstellt werden kann. In jedem Fall ist der Gegenkontakt ausschließlich von dem Schmelzsicherungselement in der Kontaktposition im Gehäusebauteil gehalten.
In das Gehäusebauteil ist, gemäß bevorzugter Ausführung, eine Ausnehmung eingebracht, in der der Gegenkontakt einschließlich Schmelzsicherungselement aufgenommen ist. Das Schmelzsicherungselement liegt bevorzugt mit seinem Außenumfang an der Innenwand der Ausnehmung an und erzeugt dort den erforderlichen Kraftschluss zur sicheren Halterung des Gegenkontaktes im Gehäusebauteil.
Vorteilhafterweise ist das Schmelzsicherungselement ringförmig ausgebildet und auf den bolzenförmigen Gegenkontakt aufgesetzt und wird beispielsweise von einem radial überstehenden Bund am Gegenkontakt abgestützt. Der Bund begrenzt das Schmelzsicherungselement axial – bezogen auf die Längsachse und Verstellrichtung des Gegenkontaktes – in eine Richtung. In die entgegengesetzte axiale Richtung kann das Schmelzsicherungselement über ein weiteres Bauteil auf dem Gegenkontakt begrenzt sein, beispielsweise einem auf dem Gegenkontakt zu befestigenden Kabelschuh.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung stützt sich das Federelement ebenfalls an dem radial überstehenden Bund am Gegenkontakt ab, jedoch auf der gegenüberliegenden Seite des Schmelzsicherungselementes. Das Federelement, das bevorzugt als Schraubenfeder ausgeführt ist, kann sich außerdem auf seiner gegenüberliegenden Seite am Boden der Ausnehmung abstützen, in die der Gegenkontakt einschließlich Schmelzsicherungselement eingesetzt ist. In den Boden der Ausnehmung kann eine Öffnung eingebracht sein, durch die der Gegenkontakt hindurchragt, wobei der Gegenkontakt in der Öffnung und auch in der Ausnehmung zumindest weitgehend kräftefrei aufgenommen ist, um sicherzustellen, dass die sichere Halterung in dem Gehäusebauteil zumindest weitgehend von dem Schmelzsicherungselement durchgeführt wird und bei einem Schmelzen des Schmelzsicherungselementes der Gegenkontakt von dem Federelement verstellt wird.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist an dem Gehäusebauteil zur Begrenzung der Kontaktbrückenbewegung ein Anschlag angeordnet. Der Anschlag, der bevorzugt einteilig mit dem Gehäusebauteil ausgebildet ist, liegt auf der der Kontaktbrücke zugewandten Seite am Gehäusebauteil und ist im regulären Betriebsmodus mit Abstand zu der Kontaktbrücke in deren Kontaktposition angeordnet. Hierdurch ist sichergestellt, dass im regulären Betriebsmodus die Kontaktbrücke nur auf Kontakt mit den beiden Gegenkontakten liegt. Sobald jedoch der eine Gegenkontakt von dem Federelement bei einem Schmelzen des Schmelzsicherungselementes in die Außerkontaktposition beaufschlagt wird, kann sich die Kontaktbrücke nicht länger an diesem Gegenkontakt abstützen. Die Kontaktbrücke wird daraufhin von dem Anschlag aufgefangen und abgestützt, der verhindert, dass die Kontaktbrücke durch die Kraft eines auf sie wirkenden Federelementes weiter in Richtung auf den Gegenkontakt verstellt wird. Der Anschlag stellt zugleich sicher, dass eine verhältnismäßig geringe axiale Verstellbewegung des Gegenkontaktes zum Überführen von der Kontakt- in die Außerkontaktposition ausreichend ist.
Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung ist nur einer der beiden Gegenkontakte an einem Schmelzsicherungselement im Gehäusebauteil gehalten, wohingegen der zweite Gegenkontakt keine derartige Schmelzsicherung aufweist und bevorzugt in allen Betriebszuständen und bei allen Temperaturen fest im Gehäusebauteil aufgenommen ist. Bei dem Gegenkontakt, der über das Schmelzsicherungselement im Gehäusebauteil gehalten ist, handelt es sich beispielsweise um einen Bolzen KL45, bei dem anderen Gegenkontakt um einen Bolzen KL30.
Das Schmelzsicherungselement besteht aus einem Material, das mit dem Erreichen einer kritischen Temperatur weich wird oder schmilzt. Bei dem Material handelt es sich zum Beispiel um einen Thermoplast.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem elektromagnetischen Starterrelais zum Verstellen eines Starterritzels und zum Starten eines Startermotors,
2 einen Schnitt längs durch den Gehäusedeckel des Starterrelais.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die in 1 dargestellte Startvorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine weist ein Starterritzel 2 auf, das zum Starten der Brennkraftmaschine 4 in Eingriff mit einem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine gebracht wird. Das Starterritzel 2 ist auf einer Welle 5 wie mit dem Doppelpfeil gekennzeichnet axial verschieblich gelagert, wobei das Starterritzel 2 drehfest mit der Welle 5 gekoppelt ist. Das Starterritzel 2 wird zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition mit dem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine 4 über ein Starterrelais 6 verstellt, das elektromagnetisch ausgebildet ist und eine bestrombare Relaiswicklung 7 sowie einen Anker 8 umfasst, der bei Bestromung der Relaiswicklung 7 in diese axial hineingezogen wird. Der Anker 8 ist über einen Einrückhebel 9 kinematisch mit dem Starterritzel 2 gekoppelt, so dass die axiale Verstellbewegung des Ankers 8 zwischen einer Ruheposition und einer Verstellposition in eine korrespondierende axiale Stellbewegung des Starterritzels 2 zwischen der Außerfunktionsposition und der Eingriffsposition eingesetzt wird.
Die drehende Antriebsbewegung der Welle 5 bzw. des Starterritzels 2 wird mithilfe eines elektrischen Startermotors 11 erzeugt, der über ein Planetengetriebe 12 mit der Welle 5 gekoppelt ist. Bei einer Betätigung des elektrischen Startermotors 11 werden die Welle 5 und damit auch das Starterritzel 2 in Drehung versetzt.
Der Startvorrichtung 1 ist ein Regel- bzw. Steuergerät 10 zugeordnet, über das die Funktionen des Starterrelais 6 sowie des Startermotors 11 gesteuert werden.
Bei einer axialen Stellbewegung des Ankers 8 bei Betätigung des Starterrelais 6 wird bei Erreichen der Verstellposition durch die Stellbewegung des Ankers 8 der elektrische Stromkreis des Startermotors 11 geschlossen, so dass sich der Startermotor 11 in Bewegung setzt und die Welle 5 sowie das Starterritzel 2 drehend antreibt. Das Schließen des Stromkreises des Startermotors 11 wird dadurch bewirkt, dass der Anker 8 ein Schaltglied, das Träger einer elektrisch leitenden Kontaktbrücke ist, gegen zwei Gegenkontakte 13, 14 im Stromkreis verstellt, so dass die Gegenkontakte 13, 14 über die Kontaktbrücke elektrisch miteinander verbunden werden.
In 2 ist ein Längsschnitt durch das elektromagnetische Starterrelais 6 im Bereich des Gehäusedeckels 15 dargestellt, der auf ein Grundgehäuse des Starterrelais aufsetzbar ist. In den Gehäusedeckel 15 sind die beiden Gegenkontakte 13 und 14 integriert, die im elektrischen Stromkreis des Startermotors liegen. Zum Schließen des Stromkreises werden die Gegenkontakte 13 und 14 über eine elektrisch leitende Kontaktbrücke 16 elektrisch verbunden, die vom Anker 8 bzw. einem mit dem Anker verbundenen Bauteil wie beispielweise einer Schaltachse in Richtung der Längsachse 17 des Starterrelais verstellt wird. Im unbestromten Zustand des Starterrelais befindet sich der Anker 8 in seiner Ausgangsposition, in der die Kontaktbrücke 16 eine Außerkontaktposition einnimmt und axial auf Abstand zu den Gegenkontakten 13 und 14 liegt, so dass der Stromkreis unterbrochen ist. In der Kontaktposition, die der Einzugsposition des Ankers entspricht, liegt die Kontaktbrücke 16 an den Stirnseiten 13a und 14a der Gegenkontakte 13, 14 an, die als Kupferkontakt ausgebildet sein können.
Die beiden Gegenkontakte 13, 14 sind jeweils in einer Ausnehmung in dem Gehäusebauteil 15 aufgenommen und ragen durch die Ausnehmung hindurch, so dass die Stirnseiten 13a, 14a der Gegenkontakte 13, 14 in den Innenraum des Starterrelais 6 hineinragen. Der Gegenkontakt 13 (Bolzen KL30) ist fest in dem Gehäusebauteil 15 verankert. Der zweite Gegenkontakt 14 (Bolzen KL45) ist in seiner Ausnehmung 18 über ein Schmelzsicherungselement 19 gehalten, das ringförmig auf dem bolzenförmigen Gegenkontakt 14 aufsitzt und dessen außen liegende Mantelfläche kraftschlüssig an der Innenwand der Ausnehmung 18 im Gehäusebauteil 15 anliegt. Der Kraftschluss wird beispielsweise dadurch erreicht, dass der Verband von Gegenkontakt 14 und aufgesetztem Schmelzsicherungselement 19 als Pressverband ausgeführt ist und mit einer Presskraft axial in die Ausnehmung 18 eingeführt wird. Die hierdurch entstehende kraftschlüssige Verbindung zwischen Schmelzsicherungselement 19 und Innenwand der Ausnehmung 18 hält den Gegenkontakt 14 im regulären Betriebsmodus – bei einer Temperatur unterhalb einer kritischen Temperatur – sicher in der Ausnehmung 18 im Gehäusebauteil 15, so dass der Gegenkontakt 14 seine axiale Sollposition im Gehäusebauteil 15 dauerhaft beibehält. Die Klemmkraft wird hierbei zumindest im Wesentlichen, gegebenenfalls vollständig von dem Schmelzsicherungselement 19 auf die Innenwand der Ausnehmung 18 übertragen.
Die Ausnehmung 18 ist von einem Boden 20 begrenzt, in den eine Öffnung 21 eingebracht ist, durch die ein Abschnitt des bolzenförmigen Gegenkontakts 14 hindurchragt. An dem Boden 20 stützt sich auf der der Kontaktbrücke 16 abgewandten Seite ein Federelement 22 ab, das als Schraubenfeder ausgeführt ist und den bolzenförmigen Gegenkontakt 14 umgreift. Am Gegenkontakt 14 ist ein radial erweiterter Bund 23 angeformt, an dem sich das Federelement 22 auf der dem Boden 20 gegenüberliegenden Seite abstützt. Dementsprechend erfährt der Gegenkontakt 14 eine axiale Federkraft durch das Federelement 22, die bestrebt ist, den Gegenkontakt 14 axial von der Kontaktbrücke 16 wegzubewegen. Bei normalen Betriebstemperaturen hält jedoch das Schmelzsicherungselement 19 den Gegenkontakt 14 trotz der auf den Gegenkontakt wirkenden Federkraft in seiner axialen Sollposition im Gehäusebauteil 15.
Übersteigt jedoch die Temperatur im Schmelzsicherungselement 19 einen kritischen Wert, so erweicht das Material des Schmelzsicherungselementes und kann das Schmelzsicherungselement keine oder nur noch geringe Kräfte auf das Gehäusebauteil 15 übertragen, so dass der Gegenkontakt 14 unter der Wirkung der Federkraft des Federelementes 22 axial aus der in 2 dargestellten Sollposition weggedrückt wird. Die kritische Temperatur wird insbesondere bei einem Kurzschluss erreicht. Da mit dem Wegdrücken des Gegenkontaktes 14 der elektrische Kontakt zwischen der Stirnseite 14a und der Kontaktbrücke 16 unterbrochen wird, wird auch der Stromfluss unterbrochen, so dass die strombedingte Erwärmung wieder abklingt.
Das Schmelzsicherungselement 19 sitzt axial auf dem radial erweiterten Bund 23 und wird auf der dem Bund 23 axial abgewandten Seite von einer Zahnscheibe 24 begrenzt, an der ein Kabelschuh 25 mit einer Anschlussleitung 26 anliegt, welcher von einer auf den Gegenkontakt 14 aufgeschraubten Mutter 27 gehalten ist. Die Zahnscheibe 24, der Kabelschuh 25 und die Mutter 27 liegen axial außerhalb der Ausnehmung 18.
Auf der der Kontaktbrücke 16 zugewandten Seite befindet sich am Gehäusebauteil 15 benachbart zur Ausnehmung 18 bzw. dem Boden 20 ein Anschlag 28, der die Aufgabe hat, bei einer ausgelösten Schmelzsicherung die Kontaktbrückenbewegung in Achsrichtung zu begrenzen. Wird bei ausgelöster Schmelzsicherung der Gegenkontakt 14 durch die Kraft des Federelementes 22 aus der gezeigten Sollposition herausgedrückt, kann die Kontaktbrücke 16 zunächst unter der Wirkung eines Federelementes sich axial weiter in Richtung des weggedrückten Gegenkontaktes 14 bewegen, jedoch nur bis zum Erreichen des Anschlags 28. Der Anschlag 28, der axial weiter zurückgesetzt ist als der Gegenkontakt 14 in der Sollposition, verhindert somit, dass die Kontaktbrücke 16 beim Auslösen der Schmelzsicherung dem verschwindenden Gegenkontakt 14 nachläuft.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19542142 A1 [0002]
DE 10032888 A1 [0003]

Claims

Elektromagnetisches Relais, insbesondere Starterrelais (6) für eine Startvorrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine (4), mit einem zwischen einer Ausgangsposition und einer Einzugsposition verstellbar angeordneten Anker (8), der in der Einzugsposition eine Kontaktbrücke (16) gegen zwei Gegenkontakte (13, 14) drückt, die in einem Gehäusebauteil (15) des Relais (6) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gegenkontakt (14) an einem Schmelzsicherungselement (19) im Gehäusebauteil (15) gehalten und von einem Federelement (22) in eine Außerkontaktposition kraftbeaufschlagt ist.
Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzsicherungselement (19) kraftschlüssig am Gehäusebauteil (15) gehalten ist.
Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenkontakt (14) und das Schmelzsicherungselement (19) in eine Ausnehmung (18) im Gehäusebauteil (15) eingesetzt sind.
Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (22) am Boden (20) der Ausnehmung (18) abgestützt ist, in die der Gegenkontakt eingesetzt ist.
Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (22) an einem Bund (23) am Gegenkontakt (14) anliegt, der das Schmelzsicherungselement (19) axial begrenzt.
Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäusebauteil (15) zur Begrenzung der Kontaktbrückenbewegung ein Anschlag (28) angeordnet ist.
Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (28) mit dem Schmelzsicherungselement (19) bezogen auf die Kontaktbrücke (16) axial weiter zurückgesetzt ist als der Gegenkontakt (14).
Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenkontakt (14) durch eine Öffnung (21) in dem Gehäusebauteil (15) hindurchragt und zumindest weitgehend kräftefrei in der Öffnung (21) liegt.
Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Gegenkontakt (14) an dem Schmelzsicherungselement (19) im Gehäusebauteil (15) gehalten ist und der zweite Gegenkontakt (13) ohne Schmelzsicherung in dem Gehäusebauteil (15) aufgenommen ist.
Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (4) mit einem Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Starterrelais (6).